Проектирование устройств - молнией защиты

Сетка обеспечивает защиту поверхности  здания или сооружения, при выполнении определенных условий, о которых будет сказано ниже.

Ниже приведены основные методики расчета зон защиты.

 

Методика расчета  зон защиты отдельно стоящего молниеотвода

со стержневым молниеприемником

 

На рисунке 2. показана схема для расчета зоны защиты отдельно стоящего молниеотвода.

Для зоны защиты требуемой надежности радиус горизонтального сечения на высоте  определяется по формуле

 

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Схема для расчета зоны защиты отдельно стоящего молниеотвода.

Приведенные в формуле (9) параметры определяются по таблице 5 в зависимости от высоты молниеотвода h.

Формула пригодна для молниеотводов  высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

 

Таблица 5.

Данные для  расчета зоны защиты одиночного стержневого  молниеотвода

Надежность  защиты Р,	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h. м	Радиус конуса r, м
0,9	от О до 100	0.85h	1,2h
	от 100 до 150	0.85h
	от 0 до 30	0,8h	0,8h
0,99	от 30 до 100	0,8h
	от 100 до 150		0,7h
	от 0 до 30	0,7h	0,6h
0,999	от 30 до 100
	от 100 до 150

 

 

Методика расчета  зон защиты одиночного тросового  молниеприемника

 

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте               и основанием на уровне. земли        (рис.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 3. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода L — расстояние между точками подвеса

тросов

 

 

 

Таблица 6.

 

Данные для расчета зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Надежность защиты Р	Высота молниеотвода h ,         м	Высота конуса   h	.Радиус конуса.   r
0,9	от О до 150	0,87h	1,5h
0,99	от О до 30	0,8h	0,95h
	от 30 до 100	0,8h
	от 100 до 15O	0,8h
0,999	от 0 до 30	0,75h	0,7h
	от 30 до 100
	от 100 до 15O

Приведенные выше расчетные формулы (табл. 6) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Полуширина  гх зоны зашиты требуемой надежности (рис. 3) на высоте hx от поверхности земли определяется выражением (9).

При необходимости расширить защищаемый объем, к торцам зоны защиты собственного тросового молниеотвода могут добавляться

зоны зашиты несущих опор, которые  рассчитываются по формулам одиночных  стержневых молниеотводов, представленным в табл. 5

 Расчет молниеотвода с сетчатым молниеприемником сводится к выбору шага ячейки сетки и выполнению определенных условий ее размещения на защищаемом объекте. Сетка обеспечивает защиту поверхности если выполнены следующие условия: - проводники сетки проходят по краю крыши, крыша выходит за габаритные размеры здания;

- проводник сетки проходит по  коньку крыши, если наклон крыши  превышает 1/10;

- боковые поверхности сооружения  на уровнях выше, чем радиус фиктивной сферы (см. табл. 4), защищены молниеотводами или сеткой;

- размеры ячейки сетки не  больше, чем приведенные в табл. 4;

- сетка выполняется таким способом, чтобы ток молнии всегда имел  не менее двух различных путей к заземлителю; никакие металлические части не должны выступать за внешние контуры сетки.

Проводники сетки прокладываются, насколько это возможно, кратчайшими путями.

В ходе проектирования необходимо выбрать  тип молниеприемника, определить место  прокладки токоотводов, место присоединения  к существующему заземлителю  или место размещения вновь сооружаемого заземлителя

В качестве естественных молниеприемников могут использоваться следующие конструктивные элементы зданий и сооружений:

 а) металлические кровли защищаемых  объектов при условии, что:

- электрическая непрерывность  между разными частями обеспечена на длительный срок;

- толщина металла кровли составляет  не менее значений, приведенных  в табл. 7;

- допускаются толщины металла  кровли менее приведенных в таблице 7, но не менее 0,5 мм. Это допустимо, если кровлю не обязательно защищать от повреждений и, если нет опасности воспламенения холящихся под кровлей горючих материалов;

- кровля не имеет изоляционного  покрытия. При этом небольшой  слой антикоррозионной краски  или слой 0.5 мм асфальтового покрытия, или слой толщиной 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;

- неметаллические покрытия на  или под металлической кровлей  не выходят за пределы защищаемого  объекта;

б) металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная арматура);

в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т.п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

 

 

 

 

Таблица 7.

Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции молниеприемника

Уровень защиты	Материал	Толщина не менее, мм
I-IV	Сталь	4
I-IV	Медь	5
1-IV	Алюминий	7

г) технологические металлические  трубы и резервуары, если они выполнены  из металла толщиной не менее 2,5 мм и  прожог этого металла не приведет к опасным или недопустимым последствиям;

д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения, приведенного в табл. 7, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Защита от прямых ударов молнии неметаллических труб, башен, вышек высотой более 15 м, должна быть выполнена путем установки на этих сооружениях молниеприемников. При высоте сооружения до 50 м - одного стержневого молниеприемника высотой не менее 1 м, при высоте от 50 до 150 м — двух стержневых молниеприемников высотой не менее 1 м, соединенных на верхнем торце трубы. При высоте более 150 м - не менее трех стержневых молниеприемников высотой 0,2 - 0,5 м или по верхнему торцу трубы должно быть уложено стальное кольцо из стали сечением не менее 160 мм».

Металлические обелиски и скульптуры защищаются от прямых ударов молнии путем  присоединения их к заземлителю  любой конструкции.

В качестве примера выполним расчет зоны защиты одиночного молниеотвода с использованием естественного молниеприемника. Объект—цех по приготовлению сухих строительных смесей, объект четвертого уровня надежности по молниезащите (см. рис. 4).

  Пример № 7

Рассчитать зону защиты одиночного молниеотвода с использованием естественного молниеприемника. В качестве естественного мол-ниеприемника использовать металлическую башню для хранения составляющих смесей цеха сухих смесей. Высота башни 17 м.

Рис.4. Расчет зоны защиты одиночного молниеотвода с использованием естественного молниеприемника

Расчет производим по формуле

 

Токоотводы, служат для соединения молниеприемников с заземляющим устройством. Токоотводы, в целях снижения вероятности возникновения опасного искрения, располагаются таким образом, чтобы

            между точкой поражения и землей:

металлические конструкции.

Токоотводы располагаются  по периметру защищаемого объекта  таким образом, чтобы среднее  расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в табл. 8. а) ток растекался по нескольким параллельным путям;

б) длина этих путей  была ограничена до минимума.

Если молниеприемник состоит из стержней, установленных  на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждой опоре предусматривается не менее одного токоотвода.

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждом конце провода (троса) выполняется не менее одного токоотвода.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждой ее опоре выполняется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов принимается не менее двух.

При высоте сооружения до 50 м от молниеприемников прокладывается один токоотвод; при высоте более 50 м токоотводы должны быть проложены не реже чем через 25 м, но не менее двух. Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания.

В качестве токоотводов  могут использоваться ходовые металлические лестницы и прочие вертикальные металлические конструкции.

 

Таблица 8

 Среднее расстояние  между токоотводами в зависимости  от уровня защиты

Уровень защиты	Среднее расстояние, м
I	10
II	15
III	20
IV	25

Токоотводы располагают  равномерно по периметру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий.

Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так  чтобы путь до земли был по  возможности кратчайшим.

В качестве естественных токоотводов могут использоваться следующие конструктивные элементы зданий:

- металлические конструкции;

- металлический каркас  здания или сооружения;

- металлическая арматура  железобетонных строений (при обеспечении  электрической непрерывности).

Заземлители    устройств молниезащиты во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, совмещаются с заземлителями электроустановок или средств связи.

В том случае, если ранее  выполненные  заземлители отсутствуют, выполняют заземляющее устройство для молниеотвода.

Целесообразно использовать следующие типы заземлителей:

 в виде контуров;

 вертикальные заземляющие электроды;

заземляющий контур, уложенный на дне котлована;

заземляющие сетки.

Заземлитель в виде наружного  контура необходимо прокладывать на глубине не менее 0,5 м  от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м.

 

 

 

 

Защита  от прямых ударов молнии объектов в  сельской местности

Расположенные в сельской местности небольшие строения с неметаллической кровлей  защищаются от прямых ударов молнии одним из следующих упрощенных способов:

-при наличии деревьев, отстоящих от строения на расстоянии 3-10 метров и в 2 раза (или более) превышающих его высоту с учетом выступающих над кровлей предметов (труб, антенн и т.д.), по стволу ближайшего дерева должен быть проложен токопровод, верхний конец которого  должен быть выше кроны дерева не менее чем на 20 см. У основания дерева токопровод присоединяется к заземлителю;

-если верхняя часть  кровли соответствует наибольшей  высоте строения, над ней должен  быть подвешен тросовый молниеприемник  на высоте (от конька) не менее 25 см. Опорами для него могут служить  две деревянные планки, закрепленные по торцам строения. Токоотводы прокладываются с двух сторон по торцевым стенам и присоединяются к заземлителям. При длине строения менее 10 м токоотвод и заземлитель могут быть выполнены с одной стороны (Рис.  5 .).

-при наличии возвышающейся  над всеми  элементами кровли  дымовой трубы над ней следует  становить стержневой молниеприемник  высотой не менее 20 см, проложить  по кровле  и стене строения  токоотвод и присоединить его  к заземлителю.  Располагать заземлители следует в стороне  от входов и пешеходных дорожек.

При наличии металлической кровли она обязательно присоединяется к заземлителю, при этом токоотводами могут служить наружные металлические лестницы, водостоки и т.п. К кровле должны быть присоединены все выступающие над ней металлические предметы. Конструкция зажима для присоединения токоотвода к металлической кровле показана на рисунке   6 .

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.6. Зажим для присоединения  плоского (а) и круглого (б) токоотводов к металлической кровле:

1 – кровля; 2 – стальная пластина; 3 – свинцовая прокладка; 4-  токоотвод; 5 – пластина с приваренным  токоотводом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5.  Молниезащита небольшого строения

1 – токоотвод; 2 – доска для натяжки молниеприемника; 3 – молниеприемник; 4 – заземлитель.